12款3D打印船，可上天入水

增材制造技術從20世紀80年代中期出現(xiàn)以來,，經過30多年的發(fā)展,，目前已趨于成熟并初步形成體系，作為制造業(yè)的組成部分,，船舶工業(yè)將不可避免地受到3D打印技術的重大影響,。首先，該技術將加快船舶工業(yè)新產品開發(fā)速度,，降低開發(fā)成本,。由于成型的便利，利用該技術可以更好地驗證和改進設計參數和思路,，提高設計水平和效率,。其次，能使配套產品生產更加經濟快捷,。同時,，該技術可給配套產品的維修服務帶來極大便利。

  

接下來,，南極熊盤點一下,，目前都有有哪些3D打印整體船舶。

功能齊全的全3D打印船——瑞典RISE制造摩托艇
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瑞典RISE研究院的增材制造研究科學家Emil Johansson發(fā)布了一個新項目,，展示了功能齊全的全3D打印船,。這是一連串項目的最新成果,，顯示了基于笛卡爾或多軸機器人體系結構的新型大幅面擠出系統(tǒng)，可以讓3D打印船的工藝在一定程度上可以標準化,。

這是第一款使用連續(xù)纖維復合材料的全功能3D打印船,，這是由另一家意大利初創(chuàng)公司moi Composites開發(fā)的。在這種情況下,，與Autodesk合作開發(fā)和設計的船,，是使用連續(xù)玻璃纖維復合熱固性材料的多軸機器人FDM技術生產的。

盡管就成本效益和速度而言,，連續(xù)纖維擠出工藝可能還差得遠一些,，但事實表明，短切纖維復合材料擠出系統(tǒng)在一次3D打印中非常有效,，可以打印非常大的結構,，例如船體。這是一項巨大的成就,，現(xiàn)在看來,，未來幾年，船舶制造行業(yè)將會更加廣泛應用,。

畢竟,，直接從CAD中構建一次性產品（例如船或小型游艇）的能力，而不必制造僅需使用一次的昂貴且費時的模具,，就可以帶來非常明顯的好處,。另一方面，另一家大型笛卡爾3D打印制造商Thermwood也表明3D打印技術還可以為游艇制造中的模具制造帶來一些重大好處,。

Thermwood從一個51英尺長的游艇船體模具上打印了多個部分,，展示單個船體模具如何足以制造更大的船只，例如游艇,。測試模具的打印部分由Techmer PM的碳纖維增強ABS制成,。在這種情況下，選擇ABS是因為其物理性能和與其他增強熱塑性塑料相比成本較低,。

Moi Composites"世界第一艘”玻纖3D打印船將在
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科技創(chuàng)業(yè)公司Moi Composites將在2020年Genoa游艇展上,，展示 "世界上第一艘 "采用連續(xù)玻璃纖維熱固材料3D打印的船。這艘3D打印船的尺寸為6.5米×2.5米,，采用連續(xù)玻璃纖維熱固性材料打印,，3D打印船的制造由Moi Composites牽頭，匯集了來自自動化,、復合材料和航海行業(yè)的專家,，包括Autodesk、Catmarine,、Confindustria Nautica,、Mercury Marine,、MICAD、Osculati和Owen's Corning,。

這艘3D打印船跨度為6.5米×2.5米,，重約800公斤，擁有導航系統(tǒng)和115cv發(fā)動機,。3D打印的船體根據Sonny Levi著名的Arcidiavolo設計形成了一個倒三角的形狀,。

利用CFM工藝，在位于英國伯明翰的先進制造工廠（AMF）使用兩臺KUKA Quantec高精度機器人進行3D打印,，機器人將熱固性的連續(xù)纖維沉積在一起,，制造出纖維增強部件，表現(xiàn)出與單向玻璃纖維相似的機械特性,，打印完成后,，這些部件被連接在一起,，并進行層壓,，以產生一體式的三明治結構。

設計和打印過程總共持續(xù)了兩個月,，自構思以來,，3D打印船獲得了摩納哥游艇集群董事會頒發(fā)的游艇特別獎，并獲得了2020年馬克挑戰(zhàn)賽的觀眾選擇獎,。

緬因大學超大3D打印船和聚合物3D打印機
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這款3D打印機可以制造出長100英尺,、寬22英尺、高10英尺的物體,，主要用于支持國防和基礎設施應用領域的創(chuàng)新,。 據悉，這套系統(tǒng)由Ingersoll機床公司開發(fā),，并使用這臺機器制造出一艘25英尺（7.62米）,，重達5000磅的3D打印船，并命名為3Dirigo,。

  

橡樹嶺國家實驗室[ORNL]也參與了這項工作,，之前，UMaine和ORNL獲得了美國聯(lián)邦政府2000萬美元的資助,，用于創(chuàng)建用于大規(guī)模增材制造的生物基3D材料,。在此之前，緬因州技術學院（MTI）向高級結構和復合材料中心撥款500,000美元,，用于開發(fā)大型3D打印船結構,。

他們使用塑料和木質纖維素的混合物，在三天內生產了3Dirigo,，重達5000磅,。新設計的UMaine 3D打印機還將支持美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部（CCDC）士兵中心開發(fā)可部署的掩體系統(tǒng),。因此，還制作并展示了3D打印的12英尺長的避難所,。



美國海軍與ORNL合作,，BAAM 3D打印30英尺長的潛艇船體
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美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）與美國海軍的顛覆性技術實驗室（Disruptive Technology Lab）合作，開發(fā)出美軍的第一個3D打印潛艇船體,。這個30英尺長的碳纖維示范船體是用ORNL的大面積增材制造（BAAM）3D打印機打印的,，一共只花了幾天的時間。

  

通過最近與ORNL的合作,，現(xiàn)在,，他們成功將潛艇的成本降低了90％。新的3D打印船體是一個可選的載人技術示范船體,，受到傳統(tǒng)的SDV的啟發(fā),，但不同于之前的任何潛水器。這個30英尺的結構由一種碳纖維復合材料制成,，主要包含六個部件,。令人難以置信的是，從概念到組裝,，整個過程花了不到四個星期,。

由于采用BAAM技術，這一時間大幅縮短�,，F(xiàn)在,，美國海軍能充分利用“按需”生產的優(yōu)勢。雖然目前的這個3D打印示范船體不會接受水測試,，但海軍已經準備好建造第二個3D打印船體,，并將讓它接受水測試。

  

3D打印船只摘得第26屆水泥輕舟賽桂冠,！
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來自蘇黎世聯(lián)邦理工學院 (ETH Zurich）的一個團隊憑借其3D打印船只在第26屆水泥輕舟賽（水泥輕舟賽是在高校學生團體之間進行的水泥輕舟設計,、制作和競速的綜合賽事。水泥輕舟是用水泥制作的類似皮劃艇的小船,。）中獲得設計創(chuàng)新第一名的殊榮,。

這個名為SkelETHon的水泥輕舟是蘇黎世聯(lián)邦理工學院，數字建筑技術（DBT）和建筑材料物理化學（PCBM）集團合作的成果,。DBT提供了計算設計和數字制作的專業(yè)知識,，而PCBM集團負責開發(fā)用于制造船體結構的水泥混合料和基于施工的工藝。

SkelETHon水泥輕舟重達114千克,，該長四米的船只采用了多種制作技術制作而成,。對于設計而言，DBT提供了自由模板軟件來制作輕舟錯綜復雜的設計和結構。

為了制作這只水泥輕舟,，ETH團隊首先3D打印出一個亞毫米級的薄塑料模板,，然后采用超高性能的纖維增強混泥土材料鑄造。這種鋼筋增強混凝土幾乎是各向同性的均值材料,。該船只骨架重約4千克,，并且具有高分辨率的表面紋理，其精度達0.5毫米,。

ETH解釋說,，這種紋理旨在增加模板和外皮之間的接觸面積。骨架模板本身被設計為使用拓撲和形狀優(yōu)化算法來減少輕舟設計所需的材料并將其重新分布在骨架狀結構中,，以便保持輕舟的最大韌性,。船的外層涂覆了3mm厚防水混凝土以防止船只浸水。

施工工藝流程使得一個非常復雜的混凝土輕舟骨架變得可能,，而且輕舟骨骼的直徑只有15毫米,，這是不可能用任何其他數字制造技術制造的。3D打印這種珍貴的制作工藝,，為該水泥輕舟的制作成功提供了技術支持,。

Autodesk聯(lián)手Livrea制造全3D打印比賽帆船
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軟件巨頭Autodesk與意大利創(chuàng)業(yè)公司Livrea合作研制一款全3D打印的比賽用帆船。Livrea公司的兩位聯(lián)合創(chuàng)始人Daniele Cevola and Francesco Belivsi擁有豐富的造船經驗,，但一直采用的是傳統(tǒng)方法,。不過后來,，由于3D打印概念火爆全球,，他們也開始這項技術了。

最初,，二人只是嘗試性地用3D打印制造少量并且尺寸較小的零件,。但很快他們就意識到，如果大規(guī)模使用,，該技術能夠為他們帶來更多好處,，比如縮短工期（從幾個月到幾天）、降低成本,，減少材料浪費,，以及實現(xiàn)更棒的設計，從而讓帆船變得更具競爭力,。所以,，他們果斷找到了Autodesk尋求合作，因為后者的大規(guī)模自動化3D打印系統(tǒng)正是他們所需要的,。

該系統(tǒng)融合了運動控制和機器學習技術,，能實現(xiàn)機械運動與擠出機的完美同步，首次實現(xiàn)了3D打印的“過程實時監(jiān)控”和“自由形式材料結合”。而正是在它的幫助下,，Livrea的船體曲率和其它動力設計獲得了前所未有的復雜度,。

3D打印無人船 用于錯峰河道運輸物資
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3D打印船隊正在逐個進行3D打印中，這些船只可以在“水資源豐富的城市”進行操作,。在未來,，研究人員還設想，這些無人駕駛的船可以適應一夜之間執(zhí)行城市服務,，而不是在繁忙的白天進行,，進一步減少道路和運河的擁堵。

無人船提供高水平的操縱性和精確控制,。它們可以使用低成本3D打印機使用耐磨塑料材料制造,，從而使批量制造更加可行。船體長4米乘2米的長方形船將配備傳感器,，微控制器,，位置跟蹤器和其他硬件。它們可以被編程為在幾小時內自組裝成浮橋,，音樂會舞臺,，食品市場平臺和其他結構�,？茖W家們說：“再次,，通常在陸地上發(fā)生的一些活動，對城市的移動造成干擾,，可以暫時在水上進行,。”這些船還可以配備環(huán)境傳感器來監(jiān)測城市的水質,，并了解城市和人類的健康狀況,。

為了制造這些船，研究人員用商用打印機3D打印了一個矩形船體,，生產了16個拼接在一起的獨立部分,。打印花了大約60個小時。然后通過粘合幾層復合層壓材料將完成的船體密封,。集成到船體上的是電源,，Wi-Fi天線，GPS以及小型計算機和微控制器,。為了進行精確定位,，研究人員將室內超聲波信標系統(tǒng)和GPS模塊（允許進行厘米級定位）以及慣性測量單元模塊（其監(jiān)測船的偏航角速度和角速度等參數）結合起來。

TAHOE Boats用Thermwood 3D打印工具制造船體
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TAHOE Boats是Bass Pro Shops海洋制造子公司懷特河海洋集團(White River Marine Group)的一部分,，該公司宣布了一款全新的,、革命性的、以家庭為導向的T16船設計。采用創(chuàng)新的3D打印技術,，T16提供了輕巧的設計和更優(yōu)惠的價格,，并對質量和性能作出不妥協(xié)的承諾。

  

懷特河海洋集團營銷總監(jiān)莫里斯·鮑恩說：“全新的T16將使全國更多的家庭可以進行水上運動和釣魚,�,！薄安捎脛�(chuàng)新的設計和制造流程，我們正在擴大市場,，在不犧牲客戶所期望的性能和質量的情況下,，讓這款新車型更輕、更容易拖拽,、更實惠,。”

  

White River Marine集團與Thermwood合作,，利用Thermwood的大規(guī)模增材制造(LSAM)系統(tǒng)定制打印用于制造船體的工具,。這是3D打印技術第一次在如此大規(guī)模的船舶生產中應用。TAHOE Boats說,，這種造船技術的進步提高了T16的規(guī)劃,、設計和建造效率。

Thermwood 3D打印船殼的主圖案在印第安納州戴爾的開發(fā)/演示實驗室,。該圖案由20%碳纖維填充的ABS材料打印成六個部分,，每個部分之間的連接處經過機加工、固定和粘合在一起,。然后將組裝好的船體加工成最終的尺寸和形狀,。據Thermwood說，整個過程在十天內完成,。模具被送到懷特河,，在那里進行砂磨，并用專有涂層完成,。

  

Thermwoods表示，憑借其新型垂直層打�,。ㄔ撃＞咧圃鞎r尚未提供）,，可以在更短的時間內生產出模具。事實上,，這種類型的圖案現(xiàn)在可以在兩天內打印成一個整體,，從而消除了各部分之間的加工和粘接過程，這可以將構建時間減少一半,。

科學家利用3D打印技術制造出世界上最小船只
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日前荷蘭萊頓大學的物理學家利用3D打印技術打印出了世界上最小的船只,。據了解，該微型船只長30微米，比一根頭發(fā)絲的厚度還要少三分之一,，比細菌細胞大六倍,。盡管船只本身小巧，但是經過顯微鏡放大后卻被發(fā)現(xiàn)設計是出人意料地精致,，其船身四周遍布著不同的幾何形紋路,。

該項目的研究人員Daniela Kraft表示：“3D打印技術為模仿‘微型游泳者（microswimmers，一種微米級的機器人）’或為優(yōu)化其在流體中的運動打開了一扇創(chuàng)造性的大門,�,！贝饲埃�曾有研究人員讓這些3D打印的“微型游泳者”以人體腎細胞作為貨物,，通過各種挑戰(zhàn),，并且成功地完成了運輸任務。

“在臨床醫(yī)學中,，微型游泳者在不同類型的液體和細胞環(huán)境中所面臨的挑戰(zhàn)不同,。微型3D打印船只在將來或許會對治療診斷和藥物輸送中起到重要作用�,！盌aniela Kraft說,。

比頭發(fā)絲還細的戰(zhàn)艦，極致到變態(tài)的日本3D打印技術
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日本的一家精密加工廠,，用3D打印技術制造出了只有頭發(fā)絲直徑的“大和號”戰(zhàn)艦模型,，放在手指上就是一個閃光的白點。

這艘戰(zhàn)艦模型是按照實物的52萬分之一仿制的超小模型,，所有零部件都是采用新型納米3D打印和超微細加工而成的,。整個戰(zhàn)艦模型全長0.5毫米，艦上幾門標志性的主炮0.003毫米,。

更令人驚奇的是,，這艘戰(zhàn)艦不是一體打印的！而是由許多3D打印零部件組裝起來的,。這么小的零部件在組裝時需要借助電子顯微鏡,，一邊看著顯微鏡屏幕，一邊操作旋鈕,，靠著機械臂完成精細零件的組裝,。這個頭發(fā)絲一樣的模型一經展出就讓所有人都驚嘆，能夠制造出如此細小的模型,，需要非常高的零部件加工技術和工匠精神,。

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接下來南極熊再介紹兩個3D打印“船”的案例，不過不是普通的船,，而且太空飛船,。

全金屬3D打印制造,！我國新一代載人飛船試驗船返回艙大底框架結構
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長征五號B火箭成功發(fā)射的我國新一代載人飛船試驗船，其返回艙防熱大底框架原來是3D打印出來的——激光沉積金屬3D打印技術,！

其中重要的技術突破之一,，是由航天五院總體部主導的超大尺寸整體鈦框架設計及成型技術。超大尺寸整體鈦框架結構全部采用3D打印工藝制造,，成功實現(xiàn)了減輕重量,、縮短周期、降低成本等目標,。新一代載人飛船試驗船的成功返回也標志著超大尺寸關鍵結構件整體3D打印技術通過大考,。

新一代載人飛船返回過程中，防熱大底部位承受最惡劣氣動力和氣動熱,。防熱大底框架結構就是氣動力熱作用下的最主要的承力部件,。由于鈦合金框架的尺寸超大，若使用傳統(tǒng)鍛造工藝造價極高,。同時由于設計方案需要不斷調整和迭代,，使得原本就異常緊張的研制周期變得捉襟見肘。以航天五院總體部馬彬為首的設計團隊決定采用“化整為零”的思路,，嘗試采用激光沉積3D打印技術來實現(xiàn)“好,、快、廉”的設計目標,。該技術既能適應設計方案的快速優(yōu)化與迭代,，實現(xiàn)應對載荷分布的輕量化設計；又能同步開展超大尺寸鈦框架3D打印工藝的研究,，縮短研制周期,，提高研制成品率，大大降低生產成本,。


NASA獵戶座飛船 啟用100個3D打印零件
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“獵戶座”飛船,，是NASA的新型宇宙飛船。是由洛克希德·馬丁公司負責設計和建造的飛船,。實際上由兩個飛行器構成,，它們分別是：載人探測飛船(CEV)和貨物運載火箭(CLV)�,！矮C戶座”飛船內部空間比阿波羅飛船大2.5倍,，最多可容納6名宇航員。

獵戶座”飛船一直在以指數級增長速度使用增材制造技術,。根據洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）和美國國家航空航天局（NASA）最近宣布的信息，目前已完成為Artemis I任務開發(fā)的“獵戶座”飛船使用了100個3D打印零件,。而在執(zhí)行Artemis II任務的航天器中,，洛克希德公司已開發(fā)了近200個3D打印部件,。

采用3D打印技術，可以有效的降低包括“獵戶座”飛船在內的開發(fā)成本和進度效率,，并以此方式實現(xiàn)洛克希德的技術進步要求,，并且3D打印技術還旨在使得航天器更有效地獲得重用，3D打印更具成本競爭力,，并能更快地交付具有更好技術性能的航天器,。

除了降本增效，3D打印還可以實現(xiàn)很多傳統(tǒng)上難以生產的零件,，例如經過質量優(yōu)化的結構支架和可在整個機艙內引導氣流的管道,。洛克希德還3D打印了不同的墊片（在座椅邊緣和宇航員臀部之間的部分），并且根據使用它的宇航員而設計出各種尺寸的墊片,。

3D打印船的應用